现阶段我国机器人与自动化产业概述

2006-09-14 00:00 产业观察   来源:中国自动化网
 机器人自动化产业是光仪电产业的重要组成部分,主要应用于智能控制,涉及机器人和自动化生产线成套装备。
     一、机器人 
    1、工业机器人 
    工业机器人由操作机(机械本体)、控制器伺服驱动系统和传感装置构成,是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的光仪电一体化自动化生产设备,特别适合于多品种、变批量的柔性生产。 
    (1)操作机:通过有限元分析、模态分析及仿真设计等现代设计方法的运用,机器人操作机已实现了优化设计。 
    (2)控制器:控制器的性能进一步提高,已由过去控制标准的6轴机器人发展到现在能够控制21轴甚至27轴,并且实现了软件伺服和全数字控制。 
    (3)传感装置:激光传感器、视觉传感器和力传感器在机器人系统中已得到成功应用,并实现了焊缝自动跟踪和自动化生产线上物体的自动定位以及精密装配作业等,大大提高了机器人的作业性能和对环境的适应性。 
    (4)并联机构:采用并联机构,利用机器人技术,实现高精度测量及加工,这是机器人技术向数控技术的拓展,为将来实现机器人和数控技术一体化奠定了基础。 
    (5)网络通信:机器人控制器已实现了与Canbus、Profibus总线及一些网络的连接,使机器人由过去的独立应用向网络化应用迈进了一大步,也使机器人由过去的专用设备向标准化设备发展。 
    另外由于微电子技术的快速发展和大规模集成电路的应用,使机器人系统的可靠性有了很大的提高。机器人系统的可靠性已达到5万小时,几乎可以满足任何场合的需求。 
    2、特种机器人 
    非制造业领域机器人与制造业的相比,其主要特点是工作环境的非结构化和不确定性,因而对机器人的要求更高,需要机器人具有行走功能,对外感知能力以及局部的自主规划能力等,是机器人技术的一个重要发展方向。 
    (1)水下机器人:水下机器人已用于海洋石油开采、海底勘察、救捞作业、管道敷设和检查、电缆敷设和维护以及大坝检查等方面,形成了有缆水下机器人和无缆水下机器人两大类。 
    (2)空间机器人:空间机器人是特种机器人的重要研究领域。 
    (3)地下机器人:地下机器人主要包括采掘机器人和地下管道检修机器人两大类,主要研究内容为:机械结构、行走系统、传感器及定位系统、控制系统、通信及遥控技术。 
    (4)医用机器人:医用机器人主要研究内容包括:医疗外科手术的规划与仿真、机器人辅助外科手术、最小损伤外科、临场感外科手术等。 
    (5)军用机器人:目前,国外军用机器人发展十分迅速,类型已达上百种,功用更是多种多样,有侦察、保障、排雷、防化、进攻、防御型等等。具体有机器人地雷、机器人坦克、智能枪、智能火炮、排雷(弹)机器人、防核生化机器人、侦察机器人、智能飞机、智能导弹、机器人潜水器等。 
    可以预见,21世纪各种先进的机器人系统将会进入人类生活的各个领域,成为人类良好的助手和亲密伙伴。 
    3、智能机器人 
    在计算机技术和人工智能科学发展的基础上,产生了智能机器人的概念。智能机器人是具有感知、思维和行动的机器,智能机器人可获取、处理和识别多种信息,自主地完成较为复杂的操作任务。智能机器人作为新一代生产和服务工具,在制造领域和非制造领域具有更广泛、更重要的地位。同时,智能机器人作为自动化、信息化的装置与设备,完全可以进入网络世界,发挥更多、更大的作用。 
    虽然从生物学角度来实现机器人的人工智能化还很遥远,但随着计算机芯片技术及计算能力的进一步发展,完全可研制出的具有复杂生物行为的机器人。这些机器人集生物学、电子学、审美与机械学于一体,即所谓的BEAM机器人。 
    目前国际上在机器人的智能化和多样化方面,主要研究内容集中在以下几点: 
    (1)虚拟机器人技术:基于多传感器、多媒体和虚拟现实以及临场感技术,实现机器人的虚拟遥控操作和人机交互。 
    (2)多智能体控制技术:对多智能体的群体体系结构、相互间的通信与磋商机理,感知与学习方法,建模和规划、群体行为控制等方面进行研究。 
    (3)微型和微小机器人技术:这是机器人研究的一个新的领域和重点发展方向,微小型机器人技术的研究主要集中在系统结构、运动方式、控制方法、传感技术、通信技术以及行走技术等方面。 
    (4)软机器人技术:主要用于医疗、护理、休闲和娱乐场合。传统机器人结构材料多为金属或硬性材料,软机器人技术要求其结构、控制方式和所用传感系统在机器人意外地与环境或人碰撞时是安全的,机器人对人是友好的。 
    (5)仿人和仿生技术:这是机器人技术发展的最高境界,未来的机器人必须具有一定情感、社交头脑等等特点,这也是各国科学家努力的目标,目前仅在某些方面进行一些基础研究。 
    二、自动化生产线成套装备 
    自动化成套装备是指以机器人为核心,以信息技术和网络技术为媒介,将所有设备连接到一起而形成的大型自动化生产线。它是先进制造装备的典型代表,是发展先进制造技术实现生产线的数字化、网络化和智能化的重要手段,目前已成为国内外极受重视的高新技术应用领域。 
    在发达国家中,机器人自动化生产线成套装备已成为自动化成套装备的主流及未来自动化生产线成套设备的发展方向。国外汽车行业、电子和电器行业、物流与仓储行业等已大量使用机器人自动化生产线,保证了其产品的质量和生产的高效,典型的有大型轿车壳体冲压自动化系统技术和成套装备、大型机器人车体焊装自动化系统技术和成套装备、电子和电器等的机器人柔性自动化装配及检测成套技术和装备、机器人整车及发动机装配自动化系统技术和成套装备、AGV物流与仓储自动化成套技术及装备等,这些机器人设备的使用大大推动了这些行业的快速发展,提升了高新制造技术的先进性。 
    自动化生产线成套装备需要研究的技术主要有: 
    ① 利用CAX及仿真系统等多种高新技术和设计手段,快速设计和开发机器人大型自动化生产线,并进行数字化验证。 
    ② 自动化生产线“数字化制造”技术。国外已经推出可进入实用的“数字化工厂”商品化软件,建立产品制造工艺过程信息化平台,再与本企业的资源管理信息化平台和车身产品设计信息平台结合,构成支持本企业产品完整制造过程生命周期的信息化平台。 
    ③ 利用传感器和网络技术,实现大型生产线的在线检测和监控,确保产品质量,并且实现产品的主动质量控制。利用自动化生产线模块化及可重构技术,实现生产线的快速调整及重构。 
    ④ 生产线快速整定技术。建立完整的制造过程信息技术,发展机器人等自动化设备的离线编程技术、生产线上的机电设备实现网络控制管理技术、关键工位在线100%产品检测技术、先进的生产线现场安装精度测试技术。 
    发达国家广泛应用机器人自动化生产线,已形成了巨大产业,年市场容量约为1000亿美元。国际上著名公司ABB、COMAS、KUKA、BOSCH、NDC、SWISSLOG、村田等都是机器人自动化生产线及物流与仓储自动化设备的集成供应商。 
    全球过程自动化产品市场销售额预计2006年将超过700亿美元。从2001年到2006年年平均增长率将达到4.6%。主要应用于玻璃、陶瓷、钢铁和有色金属工业、轧钢和铝板材工业、化学、食品和制药业、石化工业、纸浆和造纸业、环保、矿山、石油和天然气工业等。其中矿山工业为70亿美元、原材料工业90亿美元、过程工业360亿美元、电站110亿美元、环保工业70亿美元。就全球而言,北美占27.2%、西欧占26%、亚非(不包括日本)占21.1%、日本占12.3%、东欧占4.7%、南美占4.9%,其它地区占3.7%。 
    我国近几年机器人自动化生产线已经不断出现,并给用户带来显著效益。目前国内已建立了多条弧焊机器人生产线、装配机器人生产线、喷涂生产线和焊装生产线。随着我国工业企业自动化水平的不断提高,机器人自动化线的市场也会越来越大,并且逐渐成为自动化生产线的主要方式。我国机器人自动化生产线装备的市场刚刚起步,而国内装备制造业正处于由传统装备向先进制造装备转型的时期,这就给机器人自动化生产线研究开发者带来巨大商机。据预测,目前我国仅汽车行业、电子和家电行业、烟草行业、新能源电池行业等,年需求自动化线就达300多条,产值约为60多亿元人民币。据初步测算,“十一五”期间,仅汽车制造业的需求市场容量将达到800多亿元人民币。
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